Spis treści
Kilka słów wstępu
Zgodnie z definicją, manometr jest urządzeniem (analogowym lub cyfrowym), który służy do pomiaru i wskazywania wartości ciśnienia, a dokładniej – różnicy ciśnienia panującego w układzie (instalacji) względem ciśnienia otoczenia. Tę różnicę ciśnień nazywamy nadciśnieniem i właśnie manometry służą do jego pomiaru.
Manometry, jak wskazaliśmy powyżej, służą do pomiaru ciśnienia, ale istnieją również manometry, które mierzą wartość podciśnienia (próżni). Takie manometry nazywa się próżniomierzami lub wakuometrami.
Manometry są szeroką grupą urządzeń, można je klasyfikować ze względu na różne kryteria. Podziałem manometrów nie będziemy się tu jednak zajmować. Możemy znaleźć manometry w układach pneumatycznych, hydraulicznych, wody pitnej i wody przemysłowej, a także w instalacjach innych ciekłych i gazowych mediów. Manometry mogą stanowić osobne urządzenia, bezpośrednio podłączone do instalacji, bądź być częścią innych komponentów takich jak np. reduktorów ciśnienia, filtroreduktorów (stanowią one połączenie filtra i reduktora) i innych elementów służących regulacji ciśnienia w stacjach (blokach) przygotowania sprężonego powietrza.
Wzorcowanie, kalibracja, regulacja, legalizacja manometru – czym to się różni?
Szukając informacji na temat manometrów, a szczególnie ich właściwego przygotowania do pełnienia założonych funkcji, możemy spotkać się z powyższymi, poważnie brzmiącymi terminami. Postaramy się w prostych słowach wyjaśnić, które z nich mogą dotyczyć naszej sytuacji.
Legalizacja
Legalizacja, mówiąc w skrócie, jest przeprowadzonym przez upoważniony podmiot szeregiem czynności poświadczeniem, że podlegające legalizacji urządzenie spełnia wymagania prawne, określone właściwymi przepisami prawa (na ogół rozporządzeniami). Potwierdzeniem, że urządzenie spełnia takie wymagania, jest świadectwo legalizacji. Legalizację może wykonać producent urządzenia (jest to tzw. legalizacja pierwotna) przed dopuszczeniem urządzenia do eksploatacji. W tej sytuacji urządzenie jest dostarczane przez producenta ze świadectwem legalizacji. Szczególnym przypadkiem legalizacji jest legalizacja jednostkowa, przeprowadzana dla danego przyrządu w wykonaniu specjalnym dla konkretnego użycia. Gdy zaistnieje konieczność wykonania procedury legalizacyjnej dla urządzenia, które już jest w użyciu – mówimy o legalizacji ponownej.
W przypadku manometrów – obowiązkowej legalizacji podlegają jedynie, zgodnie z rozporządzeniem Ministra Gospodarki, manometry do pomiaru ciśnienia w oponach samochodowych.
Regulacja
Regulacja manometru jest czynnością, polegającą na wpłynięciu na mechanizm pomiarowy manometru w taki sposób, aby wykonywany przez niego pomiar wykazywał się jak największą dokładności i możliwie najmniejszym błędem pomiarowym (odchyleniem) w stosunku do prawidłowych wartości. Regulacja zawsze wiąże się z ingerencją w mechanizm pomiaru i wykonuje się ją tylko w razie konieczności, np. w przypadku wymiany tarczy manometru.
Wzorcowanie, czyli kalibracja
W przeciwieństwie do opisanej powyżej regulacji, kalibracja manometru nie wiąże się z fizyczną ingerencją w mechanizm pomiarowy. Podczas wzorcowania określany jest stopień odchylenia wartości wskazywanych przez manometr kalibrowany, w odniesieniu do manometru wzorcowego, który ma większą dokładność od manometru kalibrowanego.
Wzorcowanie manometru jest wymagane przez dyrektywny i normy. Może je przeprowadzić jedynie odpowiedni serwis. Wynikiem kalibracji jest świadectwo wzorcowania manometru – potwierdzenie że manometr spełnia wymagania producenta.
Kalibracja manometru – dlaczego to takie ważne?
Oprócz wspomnianego wyżej faktu, że konieczność kalibracji jest wymagana przepisami dyrektyw i normami istnieje jeszcze sporo ważnych powodów wykonywania procedury wzorcowania manometrów. Pomijając fakt, że w niektórych procesach i aplikacjach istotne jest bieżące nadzorowanie faktycznych parametrów ciśnienia, można wymienić kilka innych okoliczności powodujących konieczność kalibracji manometrów:
- Dokładność pomiarów – ciśnienie istotnym parametrem w wielu procesach produkcyjnych przemysłowych. Błędne wyniki pomiarów mogą powodować podjęcie nieprawidłowych działań, a w konsekwencji nawet uszkodzenie maszyn, wypadki lub wady wyrobów. Prawidłowe wzorcowanie manometrów zapewnia, że wskazują one prawdziwe wartości.
- Bezpieczeństwo i spełnienie norm – w wielu branżach (np. przemysł chemiczny, energetyka), nieprawidłowe wskazania manometrów mogą skończyć się poważnymi wypadkami. Ponadto kalibracja manometrów jest wymagana przepisami prawa polskiego, dyrektywami UE oraz normami.
- Utrzymanie efektywności produkcji – w wielu procesach produkcyjnych utrzymywanie ciśnienia roboczego na odpowiednim poziomie ma decydujący wpływ na jakość produktów i wydajność produkcji. Dlatego prawidłowe wskazywanie ciśnienia przez odpowiednio skalibrowane manometry ma kluczowe znaczenie.
- Większe zaufanie do wskazań – precyzyjnie skalibrowane manometry prezentują bardziej wiarygodne wyniki. Ten fakt zwiększa zaufanie do wskazań, co ma znaczenie w dziedzinach, gdzie decyzje opierają się na danych uzyskanych w pomiarach.
- Minimalizacja strat finansowych – błędne pomiary mogą prowadzić do marnotrawstwa energii, co w dobie jej wysokich cen generuje niepotrzebne koszty. Kalibracja pozwala ich uniknąć lub je ograniczyć.
- Pozyskiwanie i utrzymanie certyfikatów jakości – W przemyśle farmaceutycznym i branży spożywczej certyfikaty jakości są bardzo istotne, a często wymagane dla funkcjonowania na rynku. Wzorcowanie manometrów jest koniecznym krokiem do spełnienia warunków otrzymania i odnawiania cetryfikatów.
Problem z wyborem manometru? Obejrzyj nasz film poradnikowy!
Wzorcowanie manometrów – 20 istotnych punktów
Mówiąc w prostych słowach o wzorcowaniu manometrów, można je sprowadzić do działania, w którym porównujemy znaną nam, dokładną wartość ciśnienia wejściowego ze wskazaniem odczytanym na kalibrowanym manometrze. Następnym krokiem jest dokumentacja i porównanie wyników. Różnica znanej nam wartości ciśnienia wejściowego i odczytanego na manometrze jest błędem pomiarowym. Ważne: błąd powinien się mieścić w zakresie dopuszczalnego błędu urządzenia (zgodny z klasą manometru).
Istnieje jednak dwadzieścia punktów, których pamiętanie jest bardzo istotne aby prawidłowo wykonać proces kalibracji.
1. Klasa dokładności manometru
Manometry są produkowane w wielu klasach dokładności. Klasy te określają normy: EN 837 i amerykańska ASME B40.100. Najczęściej dokładność danej klasy jest wyrażona w procentach, co oznacza że jeśli dokładność wynosi 1% a skala manometru ma zakres 0-10 bar, to błąd pomiaru powinien wynosić 0,1 bara. Należy się upewnić, że klasa wzorcowanego manometru jest nam znana.
2. Medium robocze
W procesie kalibracji manometrów jako medium robocze najczęściej stosuje się gaz lub ciecz. W przypadku gazu zwykle jest to powietrze, w przypadku cieczy – woda lub olej. Medium używane do kalibracji zależy od tego, jaki czynnik jest używany w procesie, gdzie funkcjonuje manometr. Użyte we wzorcowaniu medium jest zależne również od zakresu pomiarowego kalibrowanego manometru – w przypadku niskich ciśnień można użyć powietrza (lub innego gazu), w przypadku wysokich praktyczniejsze jest użycie cieczy.
3. Zanieczyszczenia
W procesie wzorcowania manometru nie należy używać czynnika roboczego, którego pozostałości mogłyby uniemożliwić ponowne zainstalowanie manometru w procesie. Może się zdarzyć również, że medium robocze może być szkodliwe dla manometru wzorcowego.
Do manometrów pracujących w instalacjach sprężonego powietrza lub innego gazu można użyć urządzeń przygotowujących (np. osuszacze, separatory). W przypadku manometru pracującego z cieczami – należy go wyczyścić. Szczególną ostrożność należy zachować w przypadku manometrów pracujących ze sprężonym tlenem – nawet niewielka ilość smaru lub tłuszczu może doprowadzić do wybuchu!
4. Różnica w wysokości między kalibrowanym manometrem a wzorcem
Jeśli miernik będący wzorcem i wzorcowany manometr znajdują się na innej wysokości, ciśnienie hydrostatyczne mediów pozostających w instalacji może powodować błąd pomiaru. Problem jest mniejszy, gdy czynnikiem roboczym jest powietrze lub inny gaz – w porównaniu z cieczą jest ono stosunkowo lekkie. Gdy jednak medium roboczym jest ciecz, wywiera ona stosunkowo znaczące ciśnienie hydrostatyczne, które może powodować błędy. Wielkość tych błędów zależy od dwóch rzeczy: gęstości cieczy i różnicy wysokości. Jeśli jest niemożliwe ustawienie urządzenia pomiarowego i manometru kalibrowanego na tej samej wysokości, wówczas należy wziąć pod uwagę różnicę wysokości podczas kalibrowania.
5. Sprawdzenie szczelności układu
Nieszczelności w instalacji mogą powodować błędy podczas wzorcowania manometrów. Dlatego zalecane jest wykonanie testu szczelności przed przystąpieniem do kalibracji. Należy pamiętać o tym, że w przypadku niektórych systemów wzorcowania (wykorzystujących reduktor ciśnienia z ciągłą regulacją) mogą one utrzymywać zadany poziom ciśnienia nawet gdy posiadają drobne wycieki. Jeśli mamy do czynienia z taką sytuacją, wyciek jest trudny do wykrycia, więc kontroler powinien być zamknięty w trakcie przeprowadzania testu szczelności systemu.
Gwałtowna zmiana ciśnienia w układzie może być również wynikiem efektu adiabatycznego.
6. Efekt adiabatyczny
W zamkniętej instalacji ciśnieniowej, gdzie medium jest gaz, musimy pamiętać o zależności pomiędzy temperaturą, objętością i ciśnieniem czynnika. Wzrost temperatury powoduje zwiększenie objętości gazu, co prowadzi do zwiększenia ciśnienia. Gdy spada temperatura, obniża się również ciśnienie gazu. Może to stwarzać wrażenie nieszczelności w systemie, ale jest to tzw. efekt adiabatyczny. Zmiana ciśnienia wynikła z efektu będzie stopniowo maleć, wraz ze stabilizowaniem się poziomu temperatury.
7. Dokręcenie manometru z odpowiednią siłą
Przy montażu w instalacji manometrów o dużej czułości na przyłożoną siłę, należy zachować szczególną ostrożność podczas dokręcania połączenia gwintowego. Użycie zbyt dużej siły może spowodować uszkodzenie manometru. Należy przestrzegać zaleceń producenta w tym zakresie i używać odpowiednich narzędzi i akcesoriów przy montażu.
8. Pozycja montażowa
Manometry, jako urządzenia mechaniczne, podlegają sile grawitacji. Zatem na ich wskazania ma wpływ to, w jakiej pozycji są zamontowane. Jest zalecane, aby montować je w tej samej pozycji, w jakiej były kalibrowane. Kluczowe są również wskazania producenta dotyczące pozycji montażu. Przyjmuje się, że przy zmianie pozycji montażowej o 5°, maksymalna odchyłka we wskazaniu może wynieść nie więcej niż 0,5 klasy dokładności manometru.
9. Sposób podania ciśnienia do wzorcowania manometru
Żeby skalibrować manometr, należy oczywiście dostarczyć do niego ciśnienie. Powszechnym sposobem jest użycie ręcznej pompki kalibracyjnej, często wyposażonej w dokładną podziałkę (noniusz), którą podajemy ciśnienie, oraz kalibratora do mierzenia ciśnienia.
10. Wstępne podanie ciśnienia do manometru
W manometrze, jak w każdej konstrukcji z elementami mechanicznymi, wystąpi tarcie podczas pracy. Może to wpływać na działanie manometru z upływem czasu. Dlatego przed właściwym procesem kalibracji, 2-3 razy podajemy maksymalne ciśnienie nominale, utrzymujemy je przez minutę i wypuszczamy, odczekując chwilę pomiędzy cyklami. Taki proces przeprowadzamy również dla manometrów, które przez dłuższy czas były pozbawione dopływu ciśnienia.
11. Odczyt wartości ciśnienia
W manometrach ze wskaźnikiem analogowym czasem trudno odczytać prawidłową wartość ciśnienia, jeśli wskazówka zatrzyma się pomiędzy znacznikami. Łatwiej o prawidłowy odczyt, gdy wskazówka pokrywa się ze znacznikiem. Dlatego w procesie kalibracji zaleca się podanie takiego ciśnienia wejściowego, aby wskazówka znajdowała się na znaczniku, a następnie zapisanie odpowiedniego ciśnienia wejściowego. Postępowanie odwrotne może powodować błędy związane z niedokładnością odczytu.
Ważny jest również kąt, pod jakim patrzymy na tarczę manometru. Tylko patrzenie prostopadle może gwarantować prawidłowe odczytanie wartości na skali.
12. Ilość punktów wzorcowania
Ilość punktów wzorcowania manometru zależy od jego klasy. W przypadku najdokładniejszych manometrów (klasa dokładności wyższa niż 0,05%) należy wykonać wzorcowanie w 11 punktach zakresu (punkt zerowy i 10 punktów co 10% skali), w 3 cyklach podawania ciśnienia góra/dół.
Manometry średniej klasy dokładności (0,05 – 0,5%) również wzorcuje się w 11 punktach, ale przy mniejszej ilości cykli powtórzeń zadawania ciśnienia.
Mierniki o mniejszej dokładności (poniżej 0,5%) kalibruje się w 6 punktach, od 0 co 20% podziałki), przy wzroście i spadku ciśnienia.
13. Histereza
Ze względu na swoją konstrukcję mechaniczną, manometr może posiadać histerezę. W tym przypadku histereza oznacza, że przy porównaniu punktów wzorcowania manometru, oznaczonych przy wzrastającym i opadającym ciśnieniu, nie uzyskamy tych samych odczytów. Aby poznać wartość histerezy, należy przeprowadzić procedurę kalibracji, najpierw zadając rosnące, coraz wyższe wartości ciśnienia, a potem je obniżając. Musimy przy tym mieć pewność, że podajemy ciśnienie w pożądanym kierunku (rosnące lub malejące).
14. Pukanie w manometr
Manometr, jako urządzenie mechaniczne, może czasem wymagać użycia lekkiego stuknięcia w jego obudowę, żeby się upewnić, czy mechaniczne jego części nie przyblokowały się, np. w wyniku tarcia. Powinno się też to zrobić, jeśli manometr nie funkcjonował przez dłuższy okres.
Podczas kalibracji, gdy ustabilizujemy zadawane ciśnienie, również można delikatnie stuknąć w obudowę manometru, żeby zweryfikować czy pomiar ciśnienia się nie zmieni.
15. Ilość cykli wzorcowania
W celu sprawdzenia powtarzalności wiarygodności pomiaru, cykle kalibracji manometru powinno się powtórzyć kilka razy. Jeśli kalibrowany manometr nie posiada powtarzalności, podczas cykli wskaże różne wyniki pomiaru. Nie można również poprzestać na jednym cyklu wzorcowania, gdyż w ten sposób nie uzyskamy informacji o powtarzalności.
Manometry posiadające największą dokładność należy wzorcować, jak wspomnieliśmy w punkcie 12, w 3 cyklach.
16. Adjustacja
Jeśli po fabrycznej kalibracji manometr nie prezentuje dokładnych wartości pomiarowych, należy podjąć działanie w celu regulacji. Wskazania manometru powinny mieścić się w granicach tolerancji dla danej klasy. Po regulacji należy powtórzyć procedurę kalibracji, aby określić stan, w jakim znajduje się manometr.
W przypadku niemożliwości regulacji manometru możemy obliczyć współczynnik korygujący, który zastosujemy do weryfikacji wskazań manometru. Oczywiście stanowi to pewną dolegliwość w codziennej pracy.
Jeżeli błąd pomiarowy manometru jest duży, lepiej go naprawić lub wymienić, nie przeprowadzając procedury adjustacji. W takiej sytuacji istnieje szansa, że wyniki pomiarów danego miernika nie będą wiarygodne również w przyszłości.
17. Certyfikat kalibracji
Nieodzownym elementem procedury wzorcowania manometru jest udokumentowanie jej wyników. Są one zawarte w certyfikacie kalibracji. W certyfikacie powinno się znaleźć zestawienie zadawanego w procesie wzorcowania ciśnienia wraz z wynikami wskazywanymi przez manometr i wynikający stąd błąd pomiarowy. Certyfikat powinien zawierać też inne informacje, m.in. niepewność wzorcowania. Może być wypisany ręcznie lub zostać wykonany przez specjalne urządzenia i wydrukowany komputerowo.
18. Wpływ środowiska pracy
Przy wzorcowaniu należy wziąć pod uwagę, jaki wpływ na wyniki pomiaru ma temperatura otoczenia. Manometry najczęściej kalibruje się w temperaturze pokojowej, ale temperatura ich środowiska pracy może się znacząco różnić. Różnica tych temperatur może wywierać wpływ na wyniki pomiarów. Dlatego warunki, w jakich była przeprowadzana kalibracja manometru (temperatura, wilgotność) były opisane w certyfikacie kalibracji.
Manometr zwykły czy glicerynowy? Sprawdź jaki wybrać!
19. Identyfikowalność metrologiczna
Sprawa może wydawać się oczywista, ale w przypadku kalibrowania manometru należy się upewnić, że urządzenie użyte jako wzornik posiada ważne świadectwo kalibracji, wykonanej zgodnie z obowiązującymi w tym zakresie normami.
20. Niepewność wzorcowania
Podczas wykonywania wzorcowania manometrów należy pamiętać o tzw. niepewności całkowitej pomiarów kalibracyjnych. Przy braku tej świadomości wynik kalibracji nie będzie miał wielkiej wartości.
W niektórych zastosowaniach, zamiast wyliczania niepewności, stosuje się współczynniki TUR (Test Uncertainty Ratio) lub TAR (Test Accuracy Ratio). Współczynniki wyznacza się po to aby się upewnić, że wzorzec użyty do kalibracji manometru jest od niego kilka razy dokładniejszy. Pozwala to uniknąć obliczania niepewności. Przykładowo często używany współczynnik 1:4 oznacza, że dokładność wzorca użytego w kalibracji jest czterokrotnie lepsza niż parametry wzorcowanego manometru. Należy jednakże pamiętać, że uwzględnianie współczynników TUR/TAR nie da nam pełnej informacji w kwestii niepewności kalibracji ani wiedzy, jak dobre jest przeprowadzone wzorcowanie. Dlatego zaleca się wyliczenie niepewności całkowitej.
Podsumowanie
Wiemy już, że przygotowanie manometru do tego, aby pokazywał on najbardziej wiarygodne wartości ciśnienia, nie jest sprawą prostą. Istnieje wiele czynników wpływających na skuteczność wzorcowania manometrów. Problem na pewno jest bardziej złożony, więc na pewno kiedyś wrócimy do niego i poświęcimy mu kolejne publikacje.
Prezentowane powyżej wskazówki, jak prawidłowo wzorcować manometry, mają charakter dość ogólny. To od konkretnej aplikacji zależy, które z nich będą miały bardziej istotny wpływ na działanie manometrów. Jednak pamiętanie o nich wszystkich pozwoli uniknąć wielu błędów i właściwie przygotować urządzenie pomiarowe do pełnienia jego funkcji.
